基于EIT技术的乳腺电阻抗成像的逆问题研究

【摘要】：乳腺癌已成为我国女性最常见的恶性肿瘤病之一,居女性恶性肿瘤病死率的首位,目前常用的乳腺癌诊断设备(X-ray、Ultrasound、MRI等)具有对早期肿瘤不易区别良恶性、对于致密型乳腺检查准确率不高、检测伴有电磁辐射等缺点,限制了现有乳腺诊断设备作为乳腺癌早期筛查工具的应用。 电阻抗成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)技术是新一代有效的无损伤功能成像技术,具有广阔的应用前景。它通过配置于生物物体表面的电极阵列,施加一个安全电流,然后测量置于边界上电极的电压数据,进而重构并显示出与被测组织和器官生理、病理状态相关电特性信息的分布图像。离体乳腺组织阻抗频谱测量的研究结果表明,乳腺恶性肿瘤组织和正常组织的阻抗特性有显著差异。生物体的阻抗信息不仅可以反映了生物组织的结构情况,更重要的是给出组织生理、病理变化的信息,在研究人体生理功能和疾病防治方面有重要的临床价值和实际意义。近年来国内外对乳腺EIT技术的研究极为活跃,已经取得了明显的进展。 本文首先对介绍了EIT技术的成像原理以及研究概况。采用有限元方法,建立了人体乳腺半球模型,进行了EIT正问题分析,计算了乳腺模型边界电位分布。在此基础上,进行了EIT逆问题的研究。由于在EIT逆问题求解时,存在严重的不适定性,使得重构图像的分辨率较低。针对逆问题求解时的不适定性以及成像分辨率较低的问题,采用基于总变差(Total Variation,TV)正则化的图像重建算法。该算法相对于传统的Tikhonov正则化方法,不仅能够保证逆问题求解的稳定性,还可以提高对介质在不连续分布区域的成像分辨率,边缘成像效果较好。仿真结果表明,TV正则化算法在提高重构图像分辨率方面效果较好,同时也满足实时性的要求。